鋁合金輪轂鑄造模具及工藝優化

林波

摘 要 隨著我國經濟在快速發展，社會在不斷進步，汽車行業在我國發展十分迅速，鋁合金輪轂在國內汽車制造領域中得到越來越廣泛的應用，由此使得鋁合金輪轂的成型工藝日趨完善。鍛造法是鋁合金輪轂最早的成型工藝，除該工藝之外，還有鑄造成型和旋壓成型，這些成型工藝目前在鋁合金輪轂的制造過程中都有應用。下面本文重點就這幾種鋁合金輪轂的成型工藝進行分析研究。

關鍵詞 鋁合金輪轂;良品率;產品性能;輪轂模具;鑄造工藝;充型壓力;水冷

引言

這幾年國家在保護環境方面的意識很強，在汽車的節能減排方面也向汽車廠及用戶提出了要求，各汽車廠對節能降耗這一塊也很重視（據有關資料介紹，車輛自身質量減輕10%，可降低油耗6%～8%，汽車整備質量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升，除節能降耗之外，還可相應減少主車的CO2排放量，從而減輕空氣污染），要求各零部件公司降價、產品輕量化。各輪轂廠為了生存，當然要在提升產品良品率及產品性能方面做文章，才能滿足客戶及自身的需求。目前來說，鋁合金輪轂的生產方式主要有低壓鑄造、重力鑄造、鍛造等幾種，其中最主要的方式還是低壓鑄造（可以增加額外的輔助工序），模具是成型輪轂的關鍵工藝裝備，其結構設計的優劣決定了輪轂的成品率及生產成本，如果設計不當，不從鑄造工藝角度上去考慮，會極大地影響鑄造廠去生產出完美的致密的鑄件來。當然，如果只有好的模具，但工藝配置地不好，也是萬萬不行的，兩者相輔相成。

1鋁合金輪轂成形的重要體現

在中空鑄型中倒入金屬液，待冷卻之后，形成預期形狀制品，這種方法稱為“鑄造”，在鑄造過程中取得的制品為鑄件。鑄造可根據鑄件材料分成“黑色金屬鑄造”、 “有色金屬鑄造”，其中黑色金屬鑄造分為鋼與鐵、有色金屬包括銅合金和鋁合金。鑄造可以按照鑄型材料分成“金屬型鑄造”與砂型鑄造。鑄造還可根據金屬液澆筑的工藝分成壓力鑄造與重力鑄造。鋁合金有良好的性能，并且結合使用目的和零件形狀、經濟效益等各方面的要求，確定最佳的合金，確定鑄造方法。在發動機缸體和機油泵等各個部位鋁合金取得廣泛應用。鋁合金輪轂成形的方法比較多，現階段，常見的方法為鑄造法與鍛造法。國外的工藝主要是有 3 個鍛造工序與連鑄工序構成，這種方法盡管可保證科學性能比較好，但是成品率僅有 50%。鋁合金輪轂采取的鑄造工藝為擠壓鑄造和低壓鑄造、重力鑄造。當產品應用重力鑄造，可出現疏松和縮孔等缺陷，并且力學性能和成品率比較低，國外已經將其淘汰。低壓鑄造為鋁合金輪轂常見的鑄造技術，并且其他國家生產鋁合金輪轂普遍利用低壓鑄造，我國大部分制造企業仍采取低壓鑄造的技術?，F階段，改裝輪轂工藝為擠壓鑄造，主要是將鋁錠利用壓力機通過模具擠壓成型，優點主要是密度相對平均，并且外表更加平滑精細，輪轂不僅壁薄，還具有分量輕和強度高等優點，唯一不足為成本比較高。低壓鑄造的方法，產品的質量與成品率均可得到保障，但是工藝比較復雜，因此設備的投入比較大。利用液態模鍛法，促使鋁合金可以在高壓的狀態下結晶，在結晶的過程中發生變形，從而有效解決疏松和縮孔等缺點，產品表現出良好的力學性能。另外，還具有高精度和高效率的特點，投入的成本相對低壓鑄造法低。0.1MPa壓力下，高壓精密鑄造可實施精密化鑄造，并且這種方法成性比較好，密度相對均勻，外表更加光亮，既有輕量化和高強度的優點，又可保證生產成本在預期范圍內。轎車中鋁合金輪轂主要利用壓力鑄造的方法成型，為提升產品的性能，現在正在向擠壓鑄造和半固態方向發展。

2鋁合金輪轂鑄造模具及工藝優化

2.1 常規低壓鑄造法

使用常規低壓鑄造法生產出來的鋁合金輪轂的重量約為相同尺寸鋼輪轂的50%左右。用常規低壓鑄造法對鋁合金輪轂進行制造的過程中，晶粒流向與受力的方向能夠達到一致，在這一前提下，低壓鑄造成型的輪轂，無論是自身的強度、韌性，還是抗疲勞強度，都要明顯優于鑄造成型的鋁合金輪轂。正是基于該原因，使得常規低壓鑄造法在鋁合金輪轂的成型工藝中占據了一席之地。不僅如此，用該方法低壓鑄造的輪轂可以使鋁合金的性能得到完美地再現，由此使得每個輪轂都具有了同樣的力學性能。常規低壓鑄造法的鋁合金輪轂的伸長率可以達到12%～17%，試驗證明，這個伸長率很能很好地對道路的振動和應力進行吸收。常規低壓鑄造的鋁合金輪轂還有較強抗沖擊、抗剪切、抗拉伸的能力以及更高的強度重量比，其表面不會出現氣孔，可以確保涂層的均勻性，涂層與鋁合金面的結合也更加緊密牢固。

2.2 調整鑄造工藝

把鑄造的充型壓力提高至900mbar左右。這樣，充型速度加快，可以彌補低溫鋁液（690℃左右）充型短板，使結晶起始時間提前，配合冷卻縮短結晶周期，提高組織致密性;有利于薄壁成型，可以提升金屬利用率。但存在一個問題，原始的四開模具，無自鎖裝置，生產過程中四塊側模完全由側油缸頂住，如果側油缸有漏油或其它原因，可能會導致側模合不嚴，這時候充型壓力再大的話，會產生側模縫隙漏鋁的問題，非常危險。如果想充型壓力增大，又不產生側模漏鋁現象，可以在充型過程中在側模外側再增加一個束環施加外力把邊模頂住。

2.3 壓力鑄造法

所謂壓力鑄造主要是指：液態金屬處于高壓作用下，通過較高的速度將液態金屬填入到型腔中，通過壓力作用經過凝結獲取的鑄件。利用壓鑄工藝產出的鑄件具有力學性能強和組織緊密等優點，并且強度和硬度比較高。但是傳統壓鑄工藝下的鋁輪轂存在的最大缺陷為不能利用熱處理提升性能，主要原因為液態金屬沖型的速度比較快，并且型腔內氣體并不能排除，導致以氣孔的方式存放在鑄件中，這部分鑄件孔隙氣體通過熱處理便可出現膨脹，從而導致鑄件氣泡。

3結語

綜上，通過輪轂鑄造模具及鑄造工藝的改進可以提升產品的良品率、產品的性能及產品的質量，方案可行。

參考文獻

[1] 邱孟書，王小平.低壓鑄造實用技術[M].機械工業出版社，2011.

[2] 亢彥海.汽車用鑄造鋁合金輪轂低壓模具的設計[J]. 汽車工藝師，2011（10）：70-73.

[3] 趙樹國，曹陽，黃宏軍，等.半固態擠壓過共晶鋁硅鐵合金組織與性能的研究[J].鑄造，2013，62（12）：1172-1175.